喷管内高速流动天然气相变特性数值研究

在超声速旋流天然气分离器中,气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流,喷管内的相变是实现天然气分离的关键.根据相变理论、气体动力学理论并考虑了实际气体的影响,建立了描述有相变的喷管中天然气高速流动的数学模型.研究了喷管内有相变的天然气的流动特性;计算了不同入口条件下的相变起始点位置和水蒸汽的凝析率;分析了当喷管入口温度一定时,相变起始点、水蒸汽凝析率与入口压力的关系.计算结果表明,随着入口压力的升高,相变起始点位置逐渐前移,水蒸汽凝析率逐渐增大,建立了一种预测超声速旋流分离器正常工作压力范围的方法.     

跨音速变质量槽式喷管的设计研究

喷管是风洞实现高速均匀稳定气流的核心部件,变质量喷管可通过扩散段管壁的缝隙流出部分气流来实现在不同背压下得到不同的出口马赫数.基于空气动力学原理,采用三维N-S方程以及可实现k-ε湍流模型,对喷管内流场进行了数值模拟.结果表明:收缩段型线、扩散段长度及壁缝尺寸对喷管流场特性具有重要影响,合理的型线和几何尺寸可使喷管出口具有宽阔的马赫数范围、且流场均匀稳定.     

试气测试用燃烧池天然气燃烧数值模拟

天然气试气测试过程中传统燃烧池存在墙体拉裂和熔化的安全隐患,且无法满足长时间的放喷燃烧要求。选择合适的燃烧模型对多个工况下天然气放喷燃烧进行了数值模拟计算,分析了燃烧池的尺寸、入口流量和壁面材料的导热系数等对燃烧池壁面温度、流速分布的影响。结果表明：固定喷管位置时,燃烧池尺寸和入口流速对燃烧池壁面最高温度和温度分布影响较大;导热系数变化对内壁温度变化影响较小,但对高温区分布影响很大。研究结果可供耐火材料的筛选及燃烧池的优化设计参考。     

湿喷混凝土圆管连续气力输送分析与计算探讨

本文对圆管连续气力输送湿喷混凝土的流动形态——停滞流进行了分析,给出了流动参数、压力损失、气源参数和压气机出口压力与输送距离的关系的计算公式,以供分析流动状态和选择计算的参考。     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

Laval喷管设计及在天然气液化中的应用研究

提出通过超声速喷管使气体在高速流动条件下急剧膨胀而产生的低温效应液化天然气。结合双三次曲线法、BWRS真实气体状态方程、圆弧加直线方法及边界层黏性修正进行Laval喷管的设计,对喷管内甲烷气体的流动及液化过程进行研究,并分析入口温度、压力及背压对甲烷气液化过程的影响。研究结果表明:气体在喷管内流动达到超声速并导致低压低温,促使气体液化;入口温度的降低或入口压力的升高能促进气体液化,但过低温度(低于170 K)将使气体进入固相区,同样,提高压力时,由于比热比增大,当压力增大到2.5 MPa时也将使气体进入固相区,阻碍气体的液化;随着背压的升高,激波将进入喷管内,减弱或破坏气体的液化过程。利用超声速旋流分离器液化天然气时,应尽可能地回收压力能并保证激波不进入喷管和旋流分离段内。     

同井注采用旋流分离器压力特性研究

考虑旋流分离器应用于井下,径向尺寸受限,影响其能量损耗。针对井下同井注采系统中旋流分离器的结构形式,建立了室内试验工艺流程,通过试验研究发现流量和分流比增加,旋流分离器的压力损失增大,但小锥段仍为主要分离段,仍可保证旋流分离器的分离性能;在满足工艺要求的前提下,分流比越小越好;对比不同流道型式的入口得出,当径向尺寸减小时,渐变截面直线型入口更利于旋流器能量的分配,降低了不必要的压力损失。     

气固喷动床压力波动的Hurst分析

采用Hurst分析描述了不同喷动气速下气固喷动床中的压力波动行为 .发现压力波动信号中存在着不同程度的周期成分 .根据计算所得的Hurst系数H值随喷动气速增大而变化的曲线 ,可将颗粒床层的流动状态划分为 3个流域 :低气速时的不稳定流化、稳定喷动和高喷动气速下的不稳定喷动 .     

基于反褶积的地热井井底压力响应计算方法

文章提出了一种根据地热井放喷试验数据计算井底压力响应的方法,解决了放喷试验数据无法进行分析的难题,计算出的井底压力数据反映了地层流动特征,可用于试井分析和产能预测。由于地热井井筒温度、压力变化较大,在计算井筒压力损失时根据流体、水泥环、地层的耦合传热,推导热量损失的微分方程,给出了一种井筒温度、压力、密度分布的计算方法,使计算出的井筒压力损失较准确。在计算井底压力响应时,使用基于反褶积的总体最小二乘方法根据变流量条件下的井底压力计算出单位流量下的井底压力响应,同时把测量误差纳入了目标函数。最后对国内某地热井地面放喷试验数据进行了分析,根据计算出的井底压力响应预测了不同开采条件下的产能,预测的长时间开采时的产量与放喷测试获得的稳定流量吻合,验证了方法的正确性和实用性。     

谐振管对开口式热声发生器声学性能的影响研究

在传递矩阵模型中引入开口端非线性耗散模型对开口式行波热声发生器理论建模，得到了开口端阻抗实部、开口处体积流率及受末端几何形状影响的压力损失系数之间的关系．对系统谐振频率、内部压力幅值和出口外1 m处声压级的声学特性参数进行了理论分析，并对不同谐振管尺寸和不同锥管锥度进行了实验研究．分析讨论了谐振管长度和直径对系统谐振频率的影响，结果表明：理论模型可以反映谐振管尺寸对谐振频率的影响，计算值与实验值的误差小于5%．锥管可以有效减小开口端的能量损耗，进而显著提高热声装置内部的压力幅值和出口外1 m处声压级，在谐振管直径为46 mm、长度为730 mm及40°锥管情况下，出口外1 m处声压级可以达到110.2 dB.     

垂直裂缝井开发低渗透气藏产能方程求解新方法

为更加有效地表征气藏压裂后地层流体渗流规律的变化,得到预测更接近实际的产能动态方程,进而得到更加准确的绝对无阻流量值。基于稳定流理论,根据低渗透气藏压裂后气井的渗流特征,引入椭圆坐标的拉梅系数;并采用椭圆积分方法重新推导、建立了考虑启动压力梯度影响的低渗透气藏垂直裂缝井的产能动态预测方程。研究结果表明:气体渗流中启动压力梯度是一种附加阻力,其越大气井产量越低;裂缝导流能力越强、裂缝越长,整个渗流过程总压降越小,气井产量越高。低渗透气藏压裂设计中,当裂缝达到极限导流能力后,限制低渗透气藏产量的重要因素之一是椭圆渗流能力的大小,此时增加裂缝长度对增产更有效。某压裂气井实例计算得绝对无阻流量值与试井结果的相对误差为2.8%。     

用不稳定测试资料确定均质气藏气井产能

以多产量下均质气藏不稳定压降方程通式为基础 ,提出了不稳定产能方程和全新的产能分析方法 .为了保证各产量段分析结果的一致性和可靠性 ,建立了均质气藏不稳定产能方程的最优化数学模型 .从测试的角度来说明该方法不需要关井恢复压力 ,产能分析结果受地层压力的精确程度影响较小 .对长庆气田实际资料的处理表明 ,运用该方法能有效地处理实际资料 ,提高测试资料的利用率 ;进行产能测试设计 ,可以显著地节省测试成本 ,提高气田经济效益     

油层内非线性渗流分布区域确定方法

 针对非线性渗流对应的压力梯度范围以及油层内的分布区域进行了研究.依据实验确定最小启动压力梯度,结合最小启动压力梯度、最大启动压力梯度与喉道半径的关系,提出了先计算极限剪切应力,然后再计算最大启动压力梯度的方法.通过回归分析得到非线性渗流对应的压力梯度范围,该压力梯度范围与注采井间压力梯度剖面相耦合,即可得到油层中非线性渗流分布区域,两个井组的实例分析表明,非线性渗流分布区域与油井动态吻合,从而证明该方法可行.根据注采井间压力梯度分布计算公式,提出了新的极限注采井距确定方法,对开发方案中注采井距的确定具有重要意义.     

低渗透气井工作制度对试井解释的影响

为了得到低渗透气井正确、可靠的试井解释结果 ,根据不稳定试井理论 ,结合矿场实际测试数据分析 ,认为低渗透气井要以合理的工作制度测试 ,做到产气量与气藏供气能力相匹配 ;否则 ,如果低渗透气井工作制度不合理 ,即产气量过大时 ,会造成气藏供气能力不足 ,供不应产 ,导致压力半对数曲线出现明显的“假径向渗流”直线段 ,由此解释得到的地层系数、渗透率等误差较大、失真 .进一步完善了低渗透气井试井测试条件     

动态物质平衡在海上凝析气田中的应用

气藏储量的确定是安排采气速度、制定合理气藏开发方案的基础。静压法储量计算前提是需关井恢复并获取地层压力,对于凝析气井的关井会造成井底的积液,积液严重者开井后可能不会实现自喷。借助成熟的管流软件建立井筒管流模型,在优选流动相关式的基础上通过井口油压来求取井底流动压力。基于拟稳态条件下油气藏生产特性,应用动态物质平衡法来确定海上某凝析气藏动态储量。该方法不需关井即可获得地层压力,减小了气井产量损失,对于不便经常开展测试作业的海上气井具有十分重要的应用价值。     

低渗透砂岩气藏渗流特征及渗透率下限研究

针对川中须家河组低渗气藏含水饱和度高、气井单井产能低、稳产困难的现状,急需优化调整生产方案提高产能。为此,通过计算机断层扫描(computed tomography, CT)技术分析了不同类型储层的孔隙结构特征及其影响;其次,在地层条件下进行实验研究了不同类型岩心的气-水两相、气相单相的渗流特征,并确定了气藏开发的渗透率下限。研究表明,与孔隙度、孔喉半径相比,孔隙类型对渗透率的影响程度更高;随着含水饱和度的提高,气相流动能力大幅降低;束缚水条件下,孔隙型岩心内的气相流动存在启动压力梯度;当生产压差为16 MPa和20 MPa时,对应的渗透率下限分别为0.34、0.27 mD。实际生产过程中,可以通过控制含水饱和度、提高储层渗透率或生产压差的方式提高气井产能。该研究对掌握低渗气藏的气相流动特征、优化调整生产方案具有借鉴意义。     

低气液比凝析气井井筒压力计算方法研究

凝析气井在生产过程中,随着产气量、产油量、产水量的变化,井筒中不同位置处的压力也随之变化,当压力降低到露点压力以下时,会出现反凝析现象。在考虑井筒温度变化的基础上,综合利用Hagedorn-Brown方法,提出了低气液比凝析气井井筒压力预测方法;该方法主要拟合反凝析液量与压力的关系,求得不同压力下反凝析液量,将反凝析量对井筒压力的影响考虑在内,可准确预测不同生产时期低气液比凝析气井井筒中不同位置处的压力,能更好地指导低气液比凝析气井的生产。     

产水气井稳定点二项式产能方程及其应用

对于存在底水、边水、层间水的气藏,在开发过程中,易出现气水两相流动。准确评价气井产能对于合理开发气藏具有重要意义。从渗流力学的基本原理出发,结合质量守恒方程,引入水气比参数,建立气水两相拟稳定渗流的数学模型,推导出气水两相渗流的稳定点二项式产能方程。根据此方程,结合不稳定试井解释资料,以及一个稳定点的数据,能够确定气井开始产水时的无阻流量以及生产过程中不同时间段的无阻流量。作出对应的流入动态关系曲线图,只需在生产过程中测得一个稳定点资料即可,无需单独做产能试井,为准确认识产水气井的产能提供了理论基础。     

页岩气表观渗透率与多流动机理及有效应力演化关系

由于多尺度孔隙存在纳米尺度到宏观尺度的过渡,气体在页岩中流动的主导机制会在达西流和努森扩散等运移机理之间发生转换,该现象结合页岩基质内的气体吸附作用使得页岩气渗透率的测算变得更为复杂.因此,在实验室尺度确定有效应力及气体运移方式对渗透率的综合影响力对实际页岩气开采中的渗透率及产量评估准确性有着不可忽视的影响.采用脉冲衰减渗透率测算法,在不同围压条件下,对氦气和二氧化碳在富含有机质的页岩薄片中的气体渗透率进行测量.结果表明:努森扩散作用在低孔压时对页岩气渗透率有显著的正面影响,其强度与孔压成反比.在较大围压作用下的高孔压下的超临界二氧化碳可导致页岩基质最大吸附量降低,进而增加表观渗透率.表观渗透率随着有效应力的变化在不同孔压区间有着截然相反的趋势,有效应力系数此时出现非单一值,其主要是由于孔压变化带来的气体流动机理变化而引起的.     

产水气井井筒携砂机制及携砂能力评价试验与应用

对垂直井筒不同水气比和含砂体积分数下的气水砂三相流动机制及气水携砂能力进行系统的试验研究。通过试验得到单相气体携砂和气水携砂临界流速与砂粒径的定量关系和规律。根据试验数据揭示的气液携砂机制,建立不产水和产水气井的临界携砂流速模型,用于预测给定生产条件下的携砂条件和携砂能力,并提出考虑井筒携砂的新型气井综合协调曲线用于实际气井工况分析和制度调整。结果表明:一旦气井见水,气井携砂能力将比不产水条件下严重降低,气体流速和水气比是控制携砂动态的主要因素;随着水气比从零开始升高,流型依次为无携砂现象的泥状流、具有携砂能力的环雾流、段塞流,以及其他相同水气比条件下的气水两相流型;气液两相流要达到携砂条件,气体流速必须达到携液流速,并且液相流速要达到基本的单相液体携砂条件。